Con la trasformazione della produzione verso tecnologie di fascia alta, il rapido sviluppo nel settore delle energie pulite e dell'industria dei semiconduttori e del fotovoltaico, e la crescente domanda di utensili diamantati ad alta efficienza e precisione, la polvere di diamante artificiale, pur essendo la materia prima più importante, presenta problemi di scarsa resistenza e di facile presa della matrice, con conseguente riduzione della durata degli utensili in carburo. Per ovviare a questi inconvenienti, l'industria ricorre generalmente al rivestimento superficiale della polvere di diamante con materiali metallici, al fine di migliorarne le caratteristiche superficiali, aumentarne la durata e, di conseguenza, la qualità complessiva dell'utensile.
Il metodo di rivestimento superficiale con polvere di diamante è più vario e comprende placcatura chimica, galvanica, placcatura a sputtering magnetronico, placcatura a evaporazione sotto vuoto, reazione a caldo, ecc., inclusa la placcatura chimica e la placcatura con processi consolidati, rivestimento uniforme, può controllare con precisione la composizione e lo spessore del rivestimento, vantaggi del rivestimento personalizzato, è diventato una delle due tecnologie più comunemente utilizzate nel settore.
1. placcatura chimica
Il rivestimento chimico con polvere di diamante consiste nell'immergere la polvere di diamante trattata in una soluzione di rivestimento chimico, depositando gli ioni metallici presenti nella soluzione grazie all'azione di un agente riducente, formando così un rivestimento metallico denso. Attualmente, il rivestimento chimico con polvere di diamante più diffuso è la nichelatura chimica con lega binaria di fosforo (Ni-P), comunemente chiamata nichelatura chimica.
01 Composizione della soluzione chimica di nichelatura
La composizione della soluzione di galvanica ha un'influenza decisiva sul regolare svolgimento, sulla stabilità e sulla qualità del rivestimento della reazione chimica. Solitamente contiene sale principale, agente riducente, complessante, tampone, stabilizzante, accelerante, tensioattivo e altri componenti. La proporzione di ciascun componente deve essere attentamente regolata per ottenere il miglior effetto di rivestimento.
1. Sale principale: solitamente solfato di nichel, cloruro di nichel, acido nichelamminosolfonico, carbonato di nichel, ecc., il cui ruolo principale è quello di fornire una fonte di nichel.
2. Agente riducente: fornisce principalmente idrogeno atomico, riduce il Ni2+ presente nella soluzione di placcatura in Ni e lo deposita sulla superficie delle particelle di diamante, che è il componente più importante della soluzione di placcatura. Nell'industria, il fosfato secondario di sodio, con la sua forte capacità riducente, il basso costo e la buona stabilità di placcatura, è il principale agente riducente utilizzato. Il sistema di riduzione può realizzare la placcatura chimica sia a bassa che ad alta temperatura.
3. Agente complesso: la soluzione di rivestimento può precipitare, migliorare la stabilità della soluzione di rivestimento, estendere la durata della soluzione di placcatura, migliorare la velocità di deposizione del nichel, migliorare la qualità dello strato di rivestimento, generalmente si utilizzano acido succinico, acido citrico, acido lattico e altri acidi organici e i loro sali.
4. Altri componenti: lo stabilizzante può inibire la decomposizione della soluzione di placcatura, ma poiché influisce sul verificarsi della reazione di placcatura chimica, è necessario un uso moderato; il tampone può produrre H+ durante la reazione di nichelatura chimica per garantire la continua stabilità del pH; il tensioattivo può ridurre la porosità del rivestimento.
02 Il processo di nichelatura chimica
La placcatura chimica con sistema di ipofosfato di sodio richiede che la matrice possieda una certa attività catalitica, e la superficie del diamante di per sé non ha centri di attività catalitica, quindi è necessario un pretrattamento prima della placcatura chimica della polvere di diamante. Il metodo tradizionale di pretrattamento per la placcatura chimica consiste nella rimozione dell'olio, nell'ingrossamento, nella sensibilizzazione e nell'attivazione.
(1) Rimozione dell'olio, irruvidimento: la rimozione dell'olio serve principalmente a rimuovere l'olio, le macchie e altri inquinanti organici dalla superficie della polvere di diamante, per garantire la perfetta aderenza e le buone prestazioni del rivestimento successivo. L'irruvidimento può formare piccole cavità e crepe sulla superficie del diamante, aumentando la rugosità superficiale del diamante, il che non solo favorisce l'adsorbimento degli ioni metallici in questo punto, facilitando la successiva placcatura chimica ed elettrodeposizione, ma forma anche gradini sulla superficie del diamante, fornendo condizioni favorevoli per la crescita dello strato di deposizione metallica mediante placcatura chimica o elettrodeposizione.
Solitamente, la fase di rimozione dell'olio utilizza NaOH e altre soluzioni alcaline come soluzione per la rimozione dell'olio, mentre per la fase di sgrossatura si utilizzano acido nitrico e altre soluzioni acide come soluzione chimica grezza per incidere la superficie del diamante. Inoltre, questi due passaggi dovrebbero essere eseguiti con una macchina per la pulizia a ultrasuoni, che contribuisce a migliorare l'efficienza della rimozione dell'olio e della sgrossatura della polvere di diamante, a risparmiare tempo nel processo di rimozione dell'olio e di sgrossatura e a garantire l'effetto della rimozione dell'olio e della sgrossatura.
(2) Sensibilizzazione e attivazione: il processo di sensibilizzazione e attivazione è la fase più critica dell'intero processo di placcatura chimica, che è direttamente correlata alla possibilità di eseguire la placcatura chimica. La sensibilizzazione consiste nell'adsorbire sostanze facilmente ossidabili sulla superficie della polvere di diamante che non ha capacità autocatalitica. L'attivazione consiste nell'adsorbire l'ossidazione dell'acido ipofosforico e gli ioni metallici cataliticamente attivi (come il palladio metallico) sulla riduzione delle particelle di nichel, in modo da accelerare la velocità di deposizione del rivestimento sulla superficie della polvere di diamante.
In generale, se il tempo di trattamento di sensibilizzazione e attivazione è troppo breve, la formazione di punti di palladio metallico sulla superficie del diamante è scarsa, l'adsorbimento del rivestimento è insufficiente, lo strato di rivestimento tende a staccarsi o è difficile formare un rivestimento completo; se invece il tempo di trattamento è troppo lungo, si verifica uno spreco di punti di palladio. Pertanto, il tempo ottimale per il trattamento di sensibilizzazione e attivazione è di 20-30 minuti.
(3) Nichelatura chimica: il processo di nichelatura chimica non è influenzato solo dalla composizione della soluzione di rivestimento, ma anche dalla temperatura e dal valore del pH della soluzione di rivestimento. Nella nichelatura chimica tradizionale ad alta temperatura, la temperatura generale è compresa tra 80 e 85 °C; temperature superiori a 85 °C possono facilmente causare la decomposizione della soluzione di rivestimento, mentre a temperature inferiori a 85 °C la velocità di reazione è maggiore. Per quanto riguarda il valore del pH, all'aumentare del pH aumenta la velocità di deposizione del rivestimento, ma il pH può anche causare la formazione di sedimenti di sali di nichel che inibiscono la velocità di reazione chimica. Pertanto, nel processo di nichelatura chimica, ottimizzando la composizione e il rapporto della soluzione di nichelatura chimica, le condizioni del processo di nichelatura chimica, controllando la velocità di deposizione del rivestimento chimico, la densità del rivestimento, la resistenza alla corrosione del rivestimento, il metodo di densità del rivestimento e la polvere di diamante utilizzata per il rivestimento, si soddisfano le esigenze dello sviluppo industriale.
Inoltre, un singolo strato di rivestimento potrebbe non raggiungere lo spessore ideale e potrebbero essere presenti bolle, fori e altri difetti; pertanto, è possibile applicare più strati per migliorare la qualità del rivestimento e aumentare la dispersione della polvere di diamante depositata.
2. nichelatura elettrolitica
A causa della presenza di fosforo nello strato di rivestimento dopo la nichelatura chimica con diamante, si verifica una scarsa conduttività elettrica, che influisce sul processo di caricamento della sabbia dell'utensile diamantato (il processo di fissaggio delle particelle di diamante sulla superficie della matrice). Pertanto, è possibile utilizzare uno strato di rivestimento privo di fosforo nel metodo di nichelatura. L'operazione specifica consiste nell'immergere la polvere di diamante nella soluzione di rivestimento contenente ioni di nichel; le particelle di diamante a contatto con l'elettrodo negativo di alimentazione costituiscono il catodo; un blocco di nichel metallico immerso nella soluzione di rivestimento e collegato all'elettrodo positivo di alimentazione diventa l'anodo. Attraverso l'azione elettrolitica, gli ioni di nichel liberi nella soluzione di rivestimento vengono ridotti ad atomi sulla superficie del diamante, che crescono all'interno del rivestimento.
01 Composizione della soluzione di placcatura
Analogamente alla soluzione di placcatura chimica, la soluzione di galvanostegia fornisce principalmente gli ioni metallici necessari per il processo di galvanostegia e controlla il processo di deposizione del nichel per ottenere il rivestimento metallico desiderato. I suoi componenti principali includono il sale principale, l'agente attivo dell'anodo, l'agente tampone, gli additivi e così via.
(1) Sale principale: si utilizzano principalmente solfato di nichel, aminosolfonato di nichel, ecc. Generalmente, maggiore è la concentrazione del sale principale, più rapida è la diffusione nella soluzione di placcatura, maggiore è l'efficienza di corrente, la velocità di deposizione del metallo, ma i grani del rivestimento diventeranno più grossolani, e la diminuzione della concentrazione del sale principale, peggiore è la conduttività del rivestimento e più difficile da controllare.
(2) Agente attivo dell'anodo: poiché l'anodo è facilmente passivabile, la sua conduttività è scarsa e influisce sull'uniformità della distribuzione della corrente, è necessario aggiungere cloruro di nichel, cloruro di sodio e altri agenti come attivatori anodici per promuovere l'attivazione dell'anodo e migliorare la densità di corrente della passivazione dell'anodo.
(3) Agente tampone: come la soluzione di placcatura chimica, l'agente tampone può mantenere la relativa stabilità della soluzione di placcatura e del pH del catodo, in modo che possa fluttuare entro l'intervallo consentito del processo di galvanostegia. Gli agenti tampone comuni sono acido borico, acido acetico, bicarbonato di sodio e così via.
(4) Altri additivi: secondo i requisiti del rivestimento, aggiungere una quantità adeguata di agente lucidante, agente livellante, agente bagnante e agente vario e altri additivi per migliorare la qualità del rivestimento.
02 Nichel elettrolitico diamantato a flusso
1. Pretrattamento prima della placcatura: il diamante spesso non è conduttivo e necessita di essere placcato con uno strato di metallo attraverso altri processi di rivestimento. Il metodo di placcatura chimica viene spesso utilizzato per pre-placcare uno strato di metallo e ispessirlo, quindi la qualità del rivestimento chimico influenzerà in una certa misura la qualità dello strato di placcatura. In generale, il contenuto di fosforo nel rivestimento dopo la placcatura chimica ha un grande impatto sulla qualità del rivestimento: un rivestimento ad alto contenuto di fosforo ha una resistenza alla corrosione relativamente migliore in ambiente acido, la superficie del rivestimento presenta più rigonfiamenti, elevata rugosità superficiale e nessuna proprietà magnetica; un rivestimento a medio contenuto di fosforo ha sia resistenza alla corrosione che resistenza all'usura; un rivestimento a basso contenuto di fosforo ha una conduttività relativamente migliore.
Inoltre, più piccola è la dimensione delle particelle della polvere di diamante, maggiore è la superficie specifica, durante il rivestimento, facile galleggiare nella soluzione di placcatura, produrrà perdite, placcatura, fenomeno dello strato allentato del rivestimento, prima della placcatura, è necessario controllare il contenuto di P e la qualità del rivestimento, per controllare la conduttività e la densità della polvere di diamante per migliorare la facilità di galleggiamento della polvere.
2. Nichelatura: attualmente, la nichelatura con polvere di diamante adotta spesso il metodo di rivestimento a rotolamento, ovvero, la giusta quantità di soluzione galvanica viene aggiunta in un contenitore, una certa quantità di polvere di diamante artificiale viene aggiunta alla soluzione galvanica, tramite la rotazione del contenitore, la polvere di diamante all'interno del contenitore viene fatta rotolare. Allo stesso tempo, l'elettrodo positivo è collegato al blocco di nichel e l'elettrodo negativo è collegato alla polvere di diamante artificiale. Sotto l'azione del campo elettrico, gli ioni di nichel liberi nella soluzione galvanica formano nichel metallico sulla superficie della polvere di diamante artificiale. Tuttavia, questo metodo presenta problemi di bassa efficienza di rivestimento e rivestimento non uniforme, quindi è nato il metodo dell'elettrodo rotante.
Il metodo dell'elettrodo rotante consiste nel ruotare il catodo durante la placcatura con polvere di diamante. Questo metodo consente di aumentare la superficie di contatto tra l'elettrodo e le particelle di diamante, incrementare la conduttività uniforme tra le particelle, ridurre le irregolarità del rivestimento e migliorare l'efficienza produttiva della nichelatura con diamante.
breve riassunto
Essendo la principale materia prima degli utensili diamantati, la modifica superficiale della micropolveri di diamante è un mezzo importante per migliorare la forza di controllo della matrice e prolungare la durata degli utensili. Per migliorare la capacità di carico della sabbia negli utensili diamantati, si può solitamente depositare uno strato di nichel e fosforo sulla superficie della micropolveri di diamante per conferirle una certa conduttività, e successivamente ispessire lo strato di nichel per aumentarne ulteriormente la conduttività. Tuttavia, va notato che la superficie del diamante di per sé non possiede un centro cataliticamente attivo, pertanto è necessario un pretrattamento prima della placcatura chimica.
documentazione di riferimento:
Liu Han. Studio sulla tecnologia di rivestimento superficiale e sulla qualità della micropolveri di diamante artificiale [D]. Istituto di Tecnologia di Zhongyuan.
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Li Jinghua. Ricerca sulla modifica superficiale e sull'applicazione di micropolveri di diamante artificiale utilizzate per seghe a filo [D]. Istituto di Tecnologia di Zhongyuan.
Fang Lili, Zheng Lian, Wu Yanfei, et al. Processo di nichelatura chimica della superficie del diamante artificiale [J]. Journal of IOL.
Questo articolo è ripubblicato nella rete dei materiali superduri
Data di pubblicazione: 13 marzo 2025
